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JP5570481B2 - Reactor core performance calculator - Google Patents
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Description

本発明は、原子炉炉心性能計算装置に係り、特に、制御棒の寿命を監視するのに好適な原子炉炉心性能計算装置に関する。   The present invention relates to a reactor core performance calculation apparatus, and more particularly to a reactor core performance calculation apparatus suitable for monitoring the life of a control rod.

沸騰水型原子炉に用いられる制御棒は、横断面形状が十字形をしており、軸心に配置されたタイロッドから四方に伸びる4枚のブレードを有している。各ブレードは、タイロッドに溶接にて取り付けられた、横断面がU字形をしているシース、及びシース内に配置された複数の中性子吸収棒を有する。中性子吸収材であるBCが各中性子吸収棒内に充填されている。ハンドルがタイロッドの上端部に溶接にて取り付けられ、各ブレードのシースの上端部もハンドルに溶接されている。下部支持部材がタイロッドの下端部に溶接にて取り付けられ、各ブレードのシースの下端部も下部支持部材に溶接されている。 The control rod used in the boiling water reactor has a cross shape in cross section, and has four blades extending in four directions from a tie rod arranged at the axial center. Each blade has a sheath having a U-shaped cross section attached to the tie rod by welding, and a plurality of neutron absorber rods disposed in the sheath. Each neutron absorber rod is filled with B 4 C, which is a neutron absorber. A handle is attached to the upper end of the tie rod by welding, and the upper end of the sheath of each blade is also welded to the handle. The lower support member is attached to the lower end portion of the tie rod by welding, and the lower end portion of the sheath of each blade is also welded to the lower support member.

このような制御棒の寿命について説明する。制御棒の寿命には核的寿命と機械的寿命とがあり、制御棒はどちらかの寿命に到達したときに寿命となる。一般に、BCを用いた制御棒では核的寿命が機械的寿命より短いので、核的寿命が制御棒の寿命となる。BCは熱中性子吸収断面積が非常に大きい核種であるボロン10(B10)を含んでおり、このB10が主に中性子を吸収する。B10は中性子の吸収により中性子をほとんど吸収しないLi及びHeに変換される。このため、炉心内に配置された制御棒に中性子が照射されている状態では、制御棒の中性子を吸収する能力、すなわち制御棒価値が、制御棒の炉心への配置後からの時間の経過とともに低下していく。核的寿命は、制御棒の軸方向における、中性子吸収材(例えば、BC)を充填した領域の長さ(制御棒の有効長)を4等分したいずれかの区間で制御棒の相対価値が10%減少した時点である。 The life of such a control rod will be described. The life of the control rod has a nuclear life and a mechanical life, and the control rod reaches the end of its life when one of the lifespans is reached. In general, in the control rod using B 4 C, the nuclear life is shorter than the mechanical life, so the nuclear life becomes the life of the control rod. B 4 C contains boron 10 (B10) which is a nuclide having a very large thermal neutron absorption cross section, and this B10 mainly absorbs neutrons. B10 is converted into Li and He that hardly absorbs neutrons by absorption of neutrons. For this reason, in the state where neutrons are irradiated to the control rods arranged in the core, the ability of the control rods to absorb neutrons, that is, the value of the control rods, is increased with the passage of time after the placement of the control rods in the core. It goes down. The nuclear lifetime is the relative of the control rods in any section obtained by dividing the length of the region filled with neutron absorber (for example, B 4 C) (the effective length of the control rods) into four equal parts in the axial direction of the control rods. This is when the value has decreased by 10%.

ところで、ブレード内の中性子吸収棒のうちブレードの先端側に配置された中性子吸収棒ほど水に面する面積が大きいため、一般に、その先端側に配置された中性子吸収棒ほど中性子照射量が多くなる。中性子照射量が多いブレードの先端部に配置された中性子吸収棒では、制御棒価値が10%減少する前に、スエリングによる被覆管の破損が発生する可能性がある。そこで、制御棒の寿命評価においては、スエリングによる被覆管の破損が発生する可能性のあるB10消耗率を保守的に定め、そのB10消耗率に達した時点で、さらに保守的にその中性子吸収棒内のBC粉末が完全に消失すると仮定する。従って、スエリングによる被覆管の破損を考えない場合に比べ、制御棒価値が10%減少する時間が早くなり、制御棒寿命はかなり短くなる。このように、制御棒価値が10%減少する時点は、単純に中性子とB10の核的反応のみでは定まらない。このため、スエリングによる被覆管の破損を考慮した制御棒価値が10%減少する時点に対応する制御棒平均のB10消耗率を設定し、これを核的寿命として再定義している。 By the way, among the neutron absorber rods in the blade, the neutron absorber rod arranged on the tip side of the blade has a larger area facing the water, so that the neutron absorber rod arranged on the tip side generally has a higher neutron irradiation amount. . In a neutron absorber rod arranged at the tip of a blade with a large amount of neutron irradiation, the cladding may be damaged due to swelling before the value of the control rod is reduced by 10%. Therefore, in the life evaluation of the control rod, the B10 consumption rate at which the cladding may be damaged due to swelling is determined conservatively, and when the B10 consumption rate is reached, the neutron absorber rod is further conservatively reached. Suppose that the B 4 C powder of the inside disappears completely. Therefore, as compared with the case where damage of the cladding tube due to swelling is not considered, the time for the control rod value to decrease by 10% is quickened, and the life of the control rod is considerably shortened. Thus, the point at which the control rod value decreases by 10% is not simply determined by the nuclear reaction between neutron and B10. For this reason, the control rod average B10 consumption rate corresponding to the time when the value of the control rod in consideration of breakage of the cladding tube due to swelling decreases by 10% is set and redefined as the nuclear life.

ある運転サイクルの途中で寿命に到達すると予想される制御棒は、その前の定期検査時に新しい制御棒と交換される。この制御棒の交換を判断するために、炉心性能計算において、制御棒の寿命を監視している。具体的には、寿命を監視するための監視指標を設定し、その監視指標を炉心性能計算で評価している。従来の炉心性能計算では、監視指標は熱中性子照射量としている。寿命に相当する熱中性子照射量の制限値を設定し、監視指標である熱中性子照射量がその制限値に到達した時点で制御棒が寿命であると判定する。   A control rod that is expected to reach the end of its life in a certain operating cycle is replaced with a new control rod during the previous periodic inspection. In order to judge the replacement of the control rod, the life of the control rod is monitored in the core performance calculation. Specifically, a monitoring index for monitoring the life is set, and the monitoring index is evaluated by core performance calculation. In the conventional core performance calculation, the monitoring index is the thermal neutron irradiation amount. A limit value of the thermal neutron irradiation amount corresponding to the lifetime is set, and when the thermal neutron irradiation amount as a monitoring index reaches the limit value, it is determined that the control rod has a lifetime.

従来の炉心性能計算における熱中性子照射量の計算方法について説明する。この炉心性能計算では、炉心流量、炉心熱出力、制御棒位置等の原子炉の炉心状態データ及び炉心に配置された中性子検出器の測定値等のプラントデータ、及び予め燃料集合体毎に計算された核定数などを用いて、燃料集合体の燃料有効長を燃料集合体の軸方向に24分割した単位(ノードと称す)毎の燃料出力を評価する。従来の炉心性能計算では、この燃料出力に、別途評価した炉心平均での出力−熱中性子束換算係数を乗じてノード毎の熱中性子束を求め、制御棒に隣接するノードの熱中性子束を時間で積分して、その制御棒の熱中性子照射量を求めている。   The calculation method of the thermal neutron irradiation amount in the conventional core performance calculation will be described. In this core performance calculation, the reactor core state data such as core flow rate, core thermal output, and control rod position, plant data such as measured values of neutron detectors arranged in the core, and pre-calculated for each fuel assembly are calculated. The fuel output for each unit (referred to as a node) obtained by dividing the effective fuel length of the fuel assembly into 24 in the axial direction of the fuel assembly is evaluated using the nuclear constant. In the conventional core performance calculation, the thermal neutron flux at each node is obtained by multiplying this fuel output by the core average power-thermal neutron flux conversion factor evaluated separately to obtain the thermal neutron flux for each node. To obtain the thermal neutron dose of the control rod.

ところで、最近では、濃縮度の大きく異なる核燃料が混在している複数の燃料集合体を装荷している炉心、ウラン燃料と混合酸化物燃料(MOX燃料)が混在している複数の燃料集合体を装荷している炉心が実用化されてきた。一般に、燃料出力と熱中性子束の関係は核燃料により異なるので、上述のような特性の大きく異なる核燃料が混在する複数の燃料集合体を装荷している炉心においては、従来の炉心平均の換算係数を用いる方法で求めた熱中性子照射量の精度が低下する。このため、そのような炉心においては、寿命に相当する熱中性子照射量制限値を保守的に設定する必要がある。   By the way, recently, a core loaded with a plurality of fuel assemblies in which nuclear fuels having greatly different enrichments are mixed, and a plurality of fuel assemblies in which uranium fuel and mixed oxide fuel (MOX fuel) are mixed. The loaded core has been put into practical use. In general, since the relationship between fuel output and thermal neutron flux varies depending on the nuclear fuel, the core conversion factor for the conventional core average is used for a core loaded with multiple fuel assemblies containing nuclear fuels with greatly different characteristics as described above. The accuracy of the thermal neutron dose determined by the method used is reduced. For this reason, in such a core, it is necessary to conservatively set a thermal neutron dose limit corresponding to the lifetime.

制御棒の熱中性子照射量を精度良く評価する方法として、例えば、特開2000−162374号公報に記載されている方法がある。この方法では、制御棒に隣接する4体の燃料集合体のタイプを考慮した出力−熱中性子束換算係数を用いて制御棒の熱中性子照射量を求めている。特開2000−162374号公報に記載された方法では、燃料タイプによる出力−熱中性子束換算係数の違いを考慮するので、制御棒における熱中性子照射量を精度良く評価することができる。   As a method for accurately evaluating the thermal neutron irradiation amount of the control rod, for example, there is a method described in JP-A No. 2000-162374. In this method, the thermal neutron irradiation amount of the control rod is obtained using an output-thermal neutron flux conversion factor that takes into account the types of four fuel assemblies adjacent to the control rod. In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-162374, the difference in output-thermal neutron flux conversion coefficient depending on the fuel type is taken into consideration, so that the thermal neutron irradiation amount on the control rod can be accurately evaluated.

特開2000−162374号公報JP 2000-162374 A

しかしながら、発明者らが、特開2000−162374号公報に記載された中性子照射量演算方法を検討した結果、さらに二つの課題があることが分かった。   However, as a result of examining the neutron irradiation amount calculation method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-162374, the inventors have found that there are two more problems.

第1の課題は、熱中性子照射量の評価精度についての課題である。出力−熱中性子束換算係数は、燃料タイプが同じであっても、ボイド率及び燃焼度により異なる。上記の従来技術では、燃料タイプが同じであれば、同じ出力−熱中性子束換算係数を用いることとなり、ボイド率や燃焼度の違いを考慮できない。燃料タイプとは、燃料集合体を種別する情報であり、燃料集合体の形状により燃料集合体を種別するだけでなく、形状が同じでも、濃縮度分布及び可燃性毒物の濃度分布の違いによっても燃料集合体を種別している。   The first problem is about the evaluation accuracy of the thermal neutron irradiation dose. The power-thermal neutron flux conversion factor varies depending on the void ratio and burnup even if the fuel type is the same. In the above prior art, if the fuel type is the same, the same output-thermal neutron flux conversion factor is used, and the difference in void fraction and burnup cannot be considered. The fuel type is information that classifies the fuel assembly. Not only the type of fuel assembly is classified by the shape of the fuel assembly, but also by the difference in the concentration distribution and the concentration distribution of the flammable poison even if the shape is the same. The fuel assemblies are classified.

第2の課題は、熱中性子照射量と寿命の定義である制御棒平均のB10消耗率との相関についての課題である。熱中性子照射量と制御棒平均のB10消耗率の関係は、燃料タイプ、そのボイド率、及び燃焼度によって異なっている。つまり、たとえ熱中性子照射量を正確に評価したとしても、燃料タイプ、そのボイド率、及び燃焼度によって対応する制御棒平均のB10消耗率の値が異なるため、熱中性子照射量は、寿命のよい監視指標であるとはいえない。このため、制御棒の寿命に相当する熱中性子照射量の制限値を保守的に設定する必要がある。このように、制限値を保守的に設定することは、安全上は十分な方策である。しかし、寿命に対する過分な余裕をもたせることになるため、制御棒の取替時期が早まり交換体数が多くなって非経済的であることに加え、交換のために原子炉から取り出された制御棒が増加し放射性廃棄物の増加にもつながる。   The second problem is a problem regarding the correlation between the thermal neutron irradiation amount and the B10 consumption rate of the control rod average, which is the definition of life. The relationship between the thermal neutron irradiation amount and the control rod average B10 consumption rate differs depending on the fuel type, its void rate, and burnup. That is, even if the thermal neutron irradiation amount is accurately evaluated, the value of the B10 consumption rate of the corresponding control rod average varies depending on the fuel type, the void ratio, and the burnup, so the thermal neutron irradiation amount is good. It is not a monitoring indicator. For this reason, it is necessary to conservatively set a limit value of the thermal neutron irradiation amount corresponding to the life of the control rod. Thus, setting the limit value conservatively is a sufficient measure for safety. However, since it will have an excessive margin for the service life, the control rods are removed from the reactor for replacement in addition to the fact that the replacement time of control rods is advanced and the number of exchange bodies increases, which is uneconomical. Will lead to an increase in radioactive waste.

本発明の目的は、制御棒寿命と相関の良い監視指標を精度良く求めることができる炉心性能計算装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a core performance calculation apparatus capable of accurately obtaining a monitoring index having a good correlation with a control rod life.

上記した目的を達成する本発明の特徴は、監視指標を求める制御棒に隣接した燃料集合体の燃料出力から監視指標へ換算する換算係数であって燃料タイプ、ボイド率及び燃焼度をパラメータとしたその換算係数のフィティング係数を記憶する換算係数記憶装置と、換算係数記憶装置に記憶されるフィティング係数、及び三次元炉心核熱水力特性解析装置から入力する燃料集合体のボイド率及び燃焼度を用いて換算係数を算出し、換算係数及び三次元炉心核熱水力特性解析装置から入力する燃料出力に基づいて制御棒寿命の監視指標として、制御棒の中性子吸収量、制御棒内のB10の中性子吸収量及び制御棒平均B10消耗率のうちのいずれか1つ求める監視指標解析装置とを備えることにある。 The feature of the present invention that achieves the above-described object is a conversion coefficient for converting the fuel output of the fuel assembly adjacent to the control rod for obtaining the monitoring index into the monitoring index, using the fuel type, void ratio, and burnup as parameters. A conversion coefficient storage device that stores the fitting coefficient of the conversion coefficient, a fitting coefficient stored in the conversion coefficient storage device, and a void fraction and combustion of the fuel assembly input from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic analysis device degrees to calculate the conversion factor by using, based on the fuel output to input from the conversion factor and the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analyzing apparatus, as a monitoring indicator of the control rod lifetime, neutron absorption amount of the control rods, control rod inside And a monitoring index analyzer for obtaining one of the neutron absorption amount of B10 and the control rod average B10 consumption rate .

制御棒の寿命と相関の良い監視指標を、燃料タイプ、ボイド率及び燃焼度をパラメータとした換算係数であって燃料出力から監視指標への換算係数、及び燃料出力を用いて求めるので、制御棒寿命との相関が良い監視指標である制御棒の中性子吸収量、制御棒内のB10の中性子吸収量または制御棒平均B10消耗率を、より精度良く求めることができる Since the monitoring index having a good correlation with the life of the control rod is obtained by using the conversion factor with the fuel type, void ratio and burnup as parameters, the conversion factor from the fuel output to the monitoring index, and the fuel output, the control rod The control rod neutron absorption, the neutron absorption of B10 in the control rod, or the control rod average B10 consumption rate, which is a monitoring index having a good correlation with the lifetime, can be obtained with higher accuracy .

本発明によれば、制御棒寿命と相関の良い監視指標を精度良く求めることができる。   According to the present invention, a monitoring index having a good correlation with the control rod life can be obtained with high accuracy.

本発明の好適な一実施例である実施例1の原子炉炉心性能計算装置の構成図である。It is a block diagram of the reactor core performance calculation apparatus of Example 1 which is one suitable Example of this invention. 沸騰水型原子炉に用いられる制御棒の斜視図である。It is a perspective view of the control rod used for a boiling water reactor.

本発明の実施例を以下に説明する。   Examples of the present invention will be described below.

本発明の好適な一実施例である実施例1の原子炉炉心性能計算装置を、図1を用いて説明する。本実施例の原子炉炉心性能計算装置1は、プラントデータ入力装置2、核定数記憶装置3、三次元炉心核熱水力特性解析装置4、換算係数記憶装置5、監視指標解析装置6、要求入力装置7及び表示装置8を備えている。プラントデータ入力装置2は三次元炉心核熱水力特性解析装置4に接続され、三次元炉心核熱水力特性解析装置4が核定数記憶装置3、監視指標解析装置6、要求入力装置7及び表示装置8にそれぞれ接続される。換算係数記憶装置5が監視指標解析装置6に接続される。表示装置8は監視指標解析装置6にも接続される。プラントデータ入力装置2は、原子炉9内に設置される炉心10内に配置された中性子検出器11に接続され、さらに、プラントデータ(炉心流量、炉心熱出力、及び制御棒位置など)を入力する。   A reactor core performance calculation apparatus according to embodiment 1, which is a preferred embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG. The reactor core performance calculation apparatus 1 of this embodiment includes a plant data input device 2, a nuclear constant storage device 3, a three-dimensional core nuclear thermal and hydraulic characteristic analysis device 4, a conversion coefficient storage device 5, a monitoring index analysis device 6, a request An input device 7 and a display device 8 are provided. The plant data input device 2 is connected to a three-dimensional core nuclear thermal and hydraulic characteristic analyzer 4, and the three-dimensional core nuclear thermal and hydraulic property analyzer 4 includes a nuclear constant storage device 3, a monitoring index analyzer 6, a request input device 7 and Each is connected to a display device 8. A conversion coefficient storage device 5 is connected to the monitoring index analysis device 6. The display device 8 is also connected to the monitoring index analysis device 6. The plant data input device 2 is connected to a neutron detector 11 disposed in the core 10 installed in the nuclear reactor 9, and further inputs plant data (core flow rate, core thermal output, control rod position, etc.). To do.

原子炉9の炉心10内に出し入れされて原子炉出力を制御する制御棒の構造を、図2を用いて説明する。制御棒12は、横断面形状が十字形をしており、軸心から四方に伸びる4枚のブレード13を有している。各ブレード13は、横断面がU字形をしているシース14の内側に複数の中性子吸収棒18を配置している。制御棒の軸心にはタイロッド15が配置され、ハンドル16がタイロッド15の上端部に溶接にて取り付けられている。下部支持部材17がタイロッド15の下端部に溶接にて取り付けられている。速度リミッタが下部支持部材17の下端部に設けられる。シース14の両側端部がタイロッド15に溶接され、シース14の上端部がハンドル16に溶接にて取り付けられる。中性子吸収材であるBCを内部に充填した複数の中性子吸収棒18が、各ブレード13において、シース14の内側に配置される。各中性子吸収棒18の下端は下部支持部材17の上面で支持される。 The structure of the control rod that is taken in and out of the core 10 of the nuclear reactor 9 and controls the reactor power will be described with reference to FIG. The control rod 12 has a cross shape in cross section, and has four blades 13 extending in four directions from the axial center. Each blade 13 has a plurality of neutron absorbing rods 18 arranged inside a sheath 14 having a U-shaped cross section. A tie rod 15 is disposed on the axis of the control rod, and a handle 16 is attached to the upper end of the tie rod 15 by welding. A lower support member 17 is attached to the lower end of the tie rod 15 by welding. A speed limiter is provided at the lower end of the lower support member 17. Both end portions of the sheath 14 are welded to the tie rod 15, and the upper end portion of the sheath 14 is attached to the handle 16 by welding. A plurality of neutron absorbing rods 18 filled with B 4 C, which is a neutron absorbing material, are arranged inside the sheath 14 in each blade 13. The lower end of each neutron absorber rod 18 is supported on the upper surface of the lower support member 17.

本実施例の原子炉炉心性能計算装置は、例えば、上記の構成を有する制御棒の寿命評価に用いる監視指標を求める。   The reactor core performance calculation apparatus of the present embodiment obtains, for example, a monitoring index used for life evaluation of a control rod having the above configuration.

核定数記憶装置3は、予め燃料集合体毎に計算された核定数を記憶している。三次元炉心核熱水力特性解析装置4は、プラントデータ入力装置2及び核定数記憶装置3からデータを読込み、ノード毎の出力等の解析を実施する。具体的には、プラントデータ入力装置2から炉心流量、炉心熱出力、制御棒位置等の炉心状態データを読込み、核定数記憶装置3から読込んだ核定数を用いて炉心内の中性子束分布計算と熱水力計算を実施して、炉心内の出力分布、ボイド率分布、燃焼度分布等を計算する。なお、プラントデータ入力装置2から読込んだ中性子検出器の測定値を用いて、中性子束分布計算に用いる核定数を補正する。換算係数記憶装置5は、予め燃料集合体毎に計算された燃料出力から制御棒寿命の監視指標へ換算する換算係数のフィッティング係数を記憶している。監視指標解析装置6は、三次元炉心核熱水力特性解析装置4及び換算係数記憶装置5からそれぞれデータを入力し、制御棒寿命の監視指標を解析する。要求入力装置7は運転員からの要求情報等を入力する。表示装置8は、三次元炉心核熱水力特性解析装置4及び監視指標解析装置6での解析結果を表示する。本実施例で求める制御棒寿命の監視指標は、制御棒の中性子吸収量である。   The nuclear constant storage device 3 stores nuclear constants calculated in advance for each fuel assembly. The three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analysis device 4 reads data from the plant data input device 2 and the nuclear constant storage device 3 and analyzes the output and the like for each node. Specifically, core state data such as core flow rate, core thermal output, control rod position, etc. are read from the plant data input device 2, and the neutron flux distribution calculation in the core is performed using the nuclear constants read from the nuclear constant storage device 3. And thermal hydraulic calculation to calculate power distribution, void fraction distribution, burnup distribution, etc. in the core. In addition, the nuclear constant used for neutron flux distribution calculation is corrected using the measured value of the neutron detector read from the plant data input device 2. The conversion coefficient storage device 5 stores a fitting coefficient of a conversion coefficient for converting from a fuel output calculated in advance for each fuel assembly into a monitoring index of a control rod life. The monitoring index analysis device 6 inputs data from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analysis device 4 and the conversion coefficient storage device 5, respectively, and analyzes the monitoring index of the control rod life. The request input device 7 inputs request information from the operator. The display device 8 displays the analysis results in the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analysis device 4 and the monitoring index analysis device 6. The monitoring index of the control rod life obtained in this embodiment is the neutron absorption amount of the control rod.

次に、換算係数記憶装置5及び監視指標解析装置6におけるそれぞれの処理について説明する。換算係数記憶装置5に記憶する、燃料出力から制御棒寿命の監視指標(本実施例では、制御棒の中性子吸収量)への換算係数は、予め燃料タイプ、ボイド率及び燃焼度をパラメータとして評価しておく。燃料タイプ、ボイド率及び燃焼度は、炉心内に装荷されて監視指標を求める制御棒に隣接している燃料集合体における燃料タイプ、ボイド率及び燃焼度の各情報である。換算係数記憶装置5には、その換算係数の各パラメータへの依存性が入力されて記憶される。換算係数の各パラメータへの依存性は、以下のように、予め求められる。具体的には、燃料タイプ毎に、代表的な数点のボイド率に対して、燃料出力と制御棒の中性子吸収量の関係(換算係数)を複数の燃焼度に対して事前に評価する。次に、燃焼度毎に、ボイド率と換算係数の関係を示す関数(例えば、二次関数)によりフィッティングする。例えば、ボイド率と換算係数の関係が二次関数であるα=a+bx+cでフィティングされたとする。ここで、αは換算係数、xがボイド率及びa,b及びcがフィティング係数である。これらのフィティング係数が、燃焼度毎に予め求められており、換算係数記憶装置5に記憶されている。 Next, each processing in the conversion coefficient storage device 5 and the monitoring index analysis device 6 will be described. The conversion coefficient stored in the conversion coefficient storage device 5 from the fuel output to the monitoring index of the control rod life (in this embodiment, the neutron absorption amount of the control rod) is evaluated in advance using the fuel type, void ratio and burnup as parameters. Keep it. The fuel type, void ratio, and burnup are each information of the fuel type, void ratio, and burnup in the fuel assembly that is loaded in the core and that is adjacent to the control rod for obtaining the monitoring index. In the conversion coefficient storage device 5, the dependence of the conversion coefficient on each parameter is input and stored. The dependence of the conversion factor on each parameter is obtained in advance as follows. Specifically, for each fuel type, the relationship (conversion coefficient) between the fuel output and the neutron absorption amount of the control rod is evaluated in advance for a plurality of burnups with respect to several representative void ratios. Next, for each burnup, fitting is performed using a function (for example, a quadratic function) indicating the relationship between the void ratio and the conversion coefficient. For example, it is assumed that the relationship between the void ratio and the conversion coefficient is fitted with α 1 = a 1 x 2 + b 1 x + c 1 which is a quadratic function. Here, α 1 is a conversion coefficient, x is a void ratio, and a 1 , b 1, and c 1 are fitting coefficients. These fitting coefficients are obtained in advance for each burnup and are stored in the conversion coefficient storage device 5.

監視指標解析装置6では、換算係数記憶装置5に記憶されたデータ(燃料タイプ毎、燃焼度毎に与えられたフィッティング係数(a1,b1,c1))、及び三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力した、監視指標を求める制御棒に炉心10内で隣接している燃料集合体の各ノードに対する燃料出力、ボイド率及び燃焼度を用いて、上記の二次関数によりノード毎に換算係数を算出し、これらの算出された各ノードに対する換算係数及び各ノードに対する燃料出力に基づいて、燃料集合体に隣接する制御棒の、ノード毎の中性子吸収量を計算する。具体的には、ノード毎に、換算係数記憶装置5から入力した複数の燃焼度に対するフィッティング係数を用いて、三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力した燃焼度に対応するフィッティング係数を内挿する。その内挿したフィッティング係数を用いて、三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力したボイド率に対応する換算係数を計算する。ノード毎に得られた換算係数を、三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力した各ノードの燃料出力に乗じて、ノード毎の制御棒の中性子吸収量を計算する。そして、この制御棒に隣接する4ノードにおける制御棒の中性子吸収量の平均をとることで、その制御棒の対応する軸方向の領域における中性子吸収量を求める。   In the monitoring index analysis device 6, data stored in the conversion coefficient storage device 5 (fitting coefficients (a1, b1, c1) given for each fuel type and each burnup), and three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristics analysis Using the above quadratic function, it is converted for each node by using the fuel output, void ratio and burnup for each node of the fuel assembly adjacent to the control rod for obtaining the monitoring index inputted from the device 4 in the core 10 A coefficient is calculated, and the neutron absorption amount for each node of the control rod adjacent to the fuel assembly is calculated based on the calculated conversion coefficient for each node and the fuel output for each node. Specifically, for each node, using the fitting coefficients for a plurality of burnups input from the conversion coefficient storage device 5, the fitting coefficient corresponding to the burnup input from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analyzer 4 is obtained. Interpolate. Using the interpolated fitting coefficient, a conversion coefficient corresponding to the void ratio input from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analyzer 4 is calculated. The conversion factor obtained for each node is multiplied by the fuel output of each node input from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analyzer 4 to calculate the neutron absorption amount of the control rod for each node. Then, by taking the average of the neutron absorption amounts of the control rods at the four nodes adjacent to the control rod, the neutron absorption amount in the corresponding axial region of the control rod is obtained.

求めた制御棒の中性子吸収量が、予め設定された寿命に相当する制御棒の中性子吸収量の制限値に到達した時点で、その制御棒は寿命となる。   When the obtained neutron absorption amount of the control rod reaches the limit value of the neutron absorption amount of the control rod corresponding to a preset life, the control rod reaches the end of its life.

本実施例によれば、制御棒の寿命と相関の良い監視指標である制御棒の中性子吸収量を、燃料タイプ、ボイド率、燃焼度に依存する、燃料出力から制御棒の中性子吸収量への換算係数、及び燃料出力を用いて求めることにより、従来の熱中性子照射量よりも制御棒寿命との相関が良い監視指標である制御棒の中性子吸収量を、より精度良く求めることができる。   According to this embodiment, the neutron absorption amount of the control rod, which is a monitoring index having a good correlation with the life of the control rod, is changed from the fuel output to the neutron absorption amount of the control rod depending on the fuel type, void ratio, and burnup. By using the conversion coefficient and the fuel output, the neutron absorption amount of the control rod, which is a monitoring index having a better correlation with the control rod life than the conventional thermal neutron irradiation amount, can be obtained with higher accuracy.

本発明の他の実施例である実施例2の原子炉炉心性能計算装置を、以下に説明する。本実施例の原子炉炉心性能計算装置は、実質的に、実施例1の原子炉炉心性能計算装置1と同じである。本実施例における制御棒寿命の監視指標は、制御棒内のB10の中性子吸収量である。このため、本実施例の原子炉炉心性能計算装置では、換算係数記憶装置5に記憶しているデータ(フィッティング係数(a1,b1,c1)が、実施例1の原子炉炉心性能計算装置1において換算係数記憶装置5に記憶しているデータ(フィッティング係数(a1,b1,c1)と値が異なっている。   A reactor core performance calculation apparatus according to embodiment 2, which is another embodiment of the present invention, will be described below. The reactor core performance calculation apparatus of the present embodiment is substantially the same as the reactor core performance calculation apparatus 1 of the first embodiment. The monitoring index of the control rod life in this embodiment is the neutron absorption amount of B10 in the control rod. For this reason, in the reactor core performance calculation apparatus of the present embodiment, the data (fitting coefficients (a1, b1, c1) stored in the conversion coefficient storage apparatus 5 are stored in the reactor core performance calculation apparatus 1 of the first embodiment. The value is different from the data (fitting coefficients (a1, b1, c1)) stored in the conversion coefficient storage device 5.

三次元炉心核熱水力特性解析装置4では、実施例1と同様な処理が行われる。本実施例における換算係数記憶装置5及び監視指標解析装置6におけるそれぞれの処理について説明する。換算係数記憶装置5に記憶する、燃料出力から制御棒寿命の監視指標(本実施例では、制御棒内のB10の中性子吸収量)への換算係数は、予め燃料タイプ、ボイド率及び燃焼度をパラメータとして評価しておく。換算係数記憶装置5には、その換算係数の各パラメータへの依存性が入力されて記憶される。換算係数の各パラメータへの依存性は、以下のように、予め求められる。具体的には、燃料タイプ毎に、代表的な数点のボイド率に対して、燃料出力と制御棒内のB10の中性子吸収量の関係(換算係数)を複数の燃焼度に対して事前に評価する。次に、燃焼度毎に、ボイド率と換算係数の関係を示す関数(例えば、二次関数)によりフィッティングする。例えば、ボイド率と換算係数の関係が二次関数であるα=a+bx+cでフィティングされたとする。ここで、αは換算係数、xがボイド率及びa,b及びcがフィティング係数である。これらのフィティング係数が、燃焼度毎に予め求められており、換算係数記憶装置5に記憶されている。 In the three-dimensional core nuclear thermal-hydraulic characteristic analyzer 4, processing similar to that in the first embodiment is performed. Each processing in the conversion coefficient storage device 5 and the monitoring index analysis device 6 in the present embodiment will be described. The conversion coefficient stored in the conversion coefficient storage device 5 from the fuel output to the monitoring index of the control rod life (in this embodiment, the neutron absorption amount of B10 in the control rod) is determined in advance by the fuel type, void ratio and burnup. Evaluate as a parameter. In the conversion coefficient storage device 5, the dependence of the conversion coefficient on each parameter is input and stored. The dependence of the conversion factor on each parameter is obtained in advance as follows. Specifically, for each fuel type, the relationship (conversion factor) between the fuel output and the neutron absorption amount of B10 in the control rod is calculated in advance for a plurality of burnups with respect to several typical void ratios. evaluate. Next, for each burnup, fitting is performed using a function (for example, a quadratic function) indicating the relationship between the void ratio and the conversion coefficient. For example, it is assumed that the relationship between the void ratio and the conversion coefficient is fitted with α 1 = a 1 x 2 + b 1 x + c 1 which is a quadratic function. Here, α 1 is a conversion coefficient, x is a void ratio, and a 1 , b 1, and c 1 are fitting coefficients. These fitting coefficients are obtained in advance for each burnup and are stored in the conversion coefficient storage device 5.

監視指標解析装置6では、換算係数記憶装置5に記憶されたデータ(フィッティング係数(a1,b1,c1)、及び三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力した、監視指標を求める制御棒に炉心10内で隣接している燃料集合体の各ノードに対する燃料出力、ボイド率及び燃焼度を用いて、上記の二次関数によりノード毎に換算係数を算出し、これらの算出された各ノードに対する換算係数及び各ノードに対する燃料出力に基づいて、燃料集合体に隣接する制御棒内の、ノード毎のB10の中性子吸収量を計算する。具体的には、ノード毎に、換算係数記憶装置5から入力した複数の燃焼度に対するフィッティング係数を用いて、三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力した燃焼度に対応するフィッティング係数を内挿する。その内挿したフィッティング係数を用いて、三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力したボイド率に対応する換算係数を計算する。ノード毎に得られた換算係数を、三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力した各ノードの燃料出力に乗じて、各ノード毎の制御棒内のB10の中性子吸収量を計算する。そして、この制御棒に隣接する4ノードにおける制御棒内のB10の中性子吸収量の平均をとることで、その制御棒の対応する軸方向の領域におけるB10の中性子吸収量を求める。   In the monitoring index analysis device 6, the data stored in the conversion coefficient storage device 5 (fitting coefficients (a 1, b 1, c 1) and the control rod for obtaining the monitoring index input from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analysis device 4 The conversion factor is calculated for each node by the above quadratic function using the fuel output, void ratio, and burnup for each node of the fuel assembly adjacent in the reactor core 10, and each of these calculated nodes The neutron absorption amount of B10 for each node in the control rod adjacent to the fuel assembly is calculated based on the conversion coefficient for each node and the fuel output for each node. Is used to interpolate the fitting coefficient corresponding to the burnup input from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analyzer 4. Using the inserted fitting coefficient, a conversion coefficient corresponding to the void ratio input from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analysis device 4 is calculated, and the conversion coefficient obtained for each node is calculated as the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic power. The neutron absorption amount of B10 in the control rod for each node is calculated by multiplying the fuel output of each node inputted from the characteristic analyzer 4. Then, the B10 in the control rod at the four nodes adjacent to this control rod is calculated. By taking the average of the neutron absorption, the neutron absorption of B10 in the corresponding axial region of the control rod is determined.

求めた制御棒内のB10の中性子吸収量が、予め設定された寿命に相当する制御棒内のB10の中性子吸収量の制限値に到達した時点で、その制御棒は寿命となる。   When the obtained neutron absorption amount of B10 in the control rod reaches the limit value of the neutron absorption amount of B10 in the control rod corresponding to the preset life, the control rod reaches the end of its life.

本実施例によれば、制御棒の寿命と相関の良い監視指標である制御棒内のB10の中性子吸収量を、燃料タイプ、ボイド率、燃焼度に依存する、燃料出力から制御棒内のB10の中性子吸収量への換算係数、及び燃料出力を用いて求めることにより、従来の熱中性子照射量よりも制御棒寿命との相関が良い監視指標である制御棒内のB10の中性子吸収量を、より精度良く求めることができる。   According to the present embodiment, the neutron absorption amount of B10 in the control rod, which is a monitoring index having a good correlation with the life of the control rod, is changed from the fuel output to the B10 in the control rod depending on the fuel type, void ratio, and burnup. The neutron absorption amount of B10 in the control rod, which is a monitoring index having a better correlation with the control rod life than the conventional thermal neutron irradiation amount, is obtained by using the conversion factor to the neutron absorption amount and the fuel output. It can be determined with higher accuracy.

本発明の他の実施例である実施例3の原子炉炉心性能計算装置を、以下に説明する。本実施例の原子炉炉心性能計算装置は、実質的に、実施例2の原子炉炉心性能計算装置と同じである。本実施例における制御棒寿命の監視指標は、制御棒平均B10消耗率である。本実施例の原子炉炉心性能計算装置では、換算係数記憶装置5に記憶しているデータが、実施例2の原子炉炉心性能計算装置において換算係数記憶装置5に記憶しているデータと同じであるが、監視指標解析装置6で実行される処理が実施例2の原子炉炉心性能計算装置の監視指標解析装置6で実行される処理と異なっている。   A reactor core performance calculation apparatus according to embodiment 3, which is another embodiment of the present invention, will be described below. The reactor core performance calculation apparatus according to the present embodiment is substantially the same as the reactor core performance calculation apparatus according to the second embodiment. The monitoring index of the control rod life in this embodiment is the control rod average B10 consumption rate. In the reactor core performance calculation apparatus of the present embodiment, the data stored in the conversion coefficient storage device 5 is the same as the data stored in the conversion coefficient storage device 5 in the reactor core performance calculation apparatus of the second embodiment. However, the processing executed by the monitoring index analysis device 6 is different from the processing executed by the monitoring index analysis device 6 of the reactor core performance calculation apparatus of the second embodiment.

三次元炉心核熱水力特性解析装置4では、実施例1と同様な処理が行われる。本実施例における換算係数記憶装置5及び監視指標解析装置6におけるそれぞれの処理について説明する。換算係数記憶装置5に記憶する、燃料出力から制御棒内のB10の中性子吸収量への換算係数は、予め燃料タイプ、ボイド率及び燃焼度をパラメータとして評価しておく。換算係数記憶装置5には、その換算係数の各パラメータへの依存性が入力されて記憶される。換算係数の各パラメータへの依存性は、以下のように、予め求められる。具体的には、燃料タイプ毎に、代表的な数点のボイド率に対して、燃料出力と制御棒内のB10の中性子吸収量の関係(換算係数)を複数の燃焼度に対して事前に評価する。次に、燃焼度毎に、ボイド率と換算係数の関係を示す関数(例えば、二次関数)によりフィッティングする。例えば、ボイド率と換算係数の関係が二次関数であるα=a+bx+cでフィティングされたとする。ここで、αは換算係数、xがボイド率及びa,b及びcがフィティング係数である。これらのフィティング係数が、、燃焼度毎に予め求められており、換算係数記憶装置5に記憶されている。 In the three-dimensional core nuclear thermal-hydraulic characteristic analyzer 4, processing similar to that in the first embodiment is performed. Each processing in the conversion coefficient storage device 5 and the monitoring index analysis device 6 in the present embodiment will be described. The conversion coefficient stored in the conversion coefficient storage device 5 from the fuel output to the neutron absorption amount of B10 in the control rod is evaluated in advance using the fuel type, void ratio and burnup as parameters. In the conversion coefficient storage device 5, the dependence of the conversion coefficient on each parameter is input and stored. The dependence of the conversion factor on each parameter is obtained in advance as follows. Specifically, for each fuel type, the relationship (conversion factor) between the fuel output and the neutron absorption amount of B10 in the control rod is calculated in advance for a plurality of burnups with respect to several typical void ratios. evaluate. Next, for each burnup, fitting is performed using a function (for example, a quadratic function) indicating the relationship between the void ratio and the conversion coefficient. For example, it is assumed that the relationship between the void ratio and the conversion coefficient is fitted with α 1 = a 1 x 2 + b 1 x + c 1 which is a quadratic function. Here, α 1 is a conversion coefficient, x is a void ratio, and a 1 , b 1, and c 1 are fitting coefficients. These fitting coefficients are obtained in advance for each burnup and are stored in the conversion coefficient storage device 5.

監視指標解析装置6では、換算係数記憶装置5に記憶されたデータ(フィッティング係数(a1,b1,c1)、及び三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力した、監視指標を求める制御棒に炉心10内で隣接している燃料集合体の各ノードに対する燃料出力、ボイド率及び燃焼度を用いて、上記の二次関数によりノード毎に換算係数を算出し、これらの算出された各ノードに対する換算係数及び各ノードに対する燃料出力に基づいて、燃料集合体に隣接する制御棒内の、ノード毎のB10の中性子吸収量を計算する。具体的には、ノード毎に、換算係数記憶装置5から入力した複数の燃焼度に対するフィッティング係数を用いて、三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力した燃焼度に対応するフィッティング係数を内挿する。その内挿したフィッティング係数を用いて、三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力したボイド率に対応する換算係数を計算する。ノード毎に得られた換算係数を、三次元炉心核熱水力特性解析装置4から入力した各ノードの燃料出力に乗じて、各ノード毎の制御棒内のB10の中性子吸収量を計算する。そして、この制御棒に隣接する4ノードにおける制御棒内のB10の中性子吸収量の平均をとることで、その制御棒の対応する軸方向の領域におけるB10の中性子吸収量を求める。求められたB10の中性子吸収量に基づいて中性子を吸収したB10の個数密度を求め、初期のB10の個数密度に対する求められた中性子を吸収したB10の個数密度の比を算出することで、制御棒の平均B10消耗率を求める。   In the monitoring index analysis device 6, the data stored in the conversion coefficient storage device 5 (fitting coefficients (a 1, b 1, c 1) and the control rod for obtaining the monitoring index input from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analysis device 4 The conversion factor is calculated for each node by the above quadratic function using the fuel output, void ratio, and burnup for each node of the fuel assembly adjacent in the reactor core 10, and each of these calculated nodes The neutron absorption amount of B10 for each node in the control rod adjacent to the fuel assembly is calculated based on the conversion coefficient for each node and the fuel output for each node. Is used to interpolate the fitting coefficient corresponding to the burnup input from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analyzer 4. Using the inserted fitting coefficient, a conversion coefficient corresponding to the void ratio input from the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic characteristic analysis device 4 is calculated, and the conversion coefficient obtained for each node is calculated as the three-dimensional core nuclear thermal hydraulic power. The neutron absorption amount of B10 in the control rod for each node is calculated by multiplying the fuel output of each node inputted from the characteristic analyzer 4. Then, the B10 in the control rod at the four nodes adjacent to this control rod is calculated. By taking the average of the neutron absorption amount, the neutron absorption amount of B10 in the corresponding axial region of the control rod is obtained, and the number density of B10 that has absorbed neutrons is obtained based on the obtained neutron absorption amount of B10. The average B10 consumption rate of the control rod is obtained by calculating the ratio of the number density of B10 that has absorbed the obtained neutron to the initial number density of B10.

求めた制御棒の平均B10消耗率が、予め設定された寿命に相当する制御棒の平均B10消耗率の制限値に到達した時点で、その制御棒は寿命となる。   When the obtained average B10 consumption rate of control rods reaches the limit value of the average B10 consumption rate of control rods corresponding to a preset life, the control rods reach the end of their life.

本実施例によれば、制御棒寿命と同じ定義の監視指標である制御棒平均B10消耗率を、燃料タイプ、ボイド率、燃焼度に依存する、燃料出力から制御棒内のB10の中性子吸収量への換算係数、及び燃料出力を用いて求めることにより、従来の熱中性子照射量よりも制御棒寿命との相関が良い、制御棒寿命と同じ定義の監視指標である制御棒平均B10消耗率を、より精度良く求めることができる。   According to this embodiment, the control rod average B10 consumption rate, which is a monitoring index having the same definition as the control rod life, depends on the fuel type, void ratio, and burnup, and the neutron absorption amount of B10 in the control rod from the fuel output. The control rod average B10 consumption rate, which is a monitoring index having the same definition as the control rod life, has a better correlation with the control rod life than the conventional thermal neutron irradiation amount, by using the conversion factor and the fuel output. Can be obtained with higher accuracy.

1…原子炉炉心性能計算装置、2…プラントデータ入力装置、3…核定数記憶装置、4…三次元炉心核熱水力特性解析装置、5…換算係数記憶装置、6…監視指標解析装置、9…原子炉、10…炉心、12:制御棒、13…ブレード、14…シース、15…タイロッド、16…ハンドル、17…下部支持部材、18…中性子吸収棒。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reactor core performance calculation apparatus, 2 ... Plant data input apparatus, 3 ... Nuclear constant memory | storage device, 4 ... Three-dimensional core nuclear thermal-hydraulic characteristic analysis apparatus, 5 ... Conversion coefficient memory | storage device, 6 ... Monitoring index analysis apparatus, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Reactor, 10 ... Core, 12: Control rod, 13 ... Blade, 14 ... Sheath, 15 ... Tie rod, 16 ... Handle, 17 ... Lower support member, 18 ... Neutron absorber rod

Claims (1)

監視指標を求める制御棒に隣接した燃料集合体の燃料出力、ボイド率及び燃焼度をそれぞれ求める三次元炉心核熱水力特性解析装置と、燃料タイプ、前記ボイド率及び前記燃焼度をパラメータとした換算係数であって燃料出力から制御棒寿命の監視指標への前記換算係数のフィティング係数を記憶する換算係数記憶装置と、前記換算係数記憶装置に記憶される前記フィティング係数、及び前記三次元炉心核熱水力特性解析装置から入力する前記燃料集合体の前記燃料出力、前記ボイド率及び前記燃焼度を用いて換算係数を算出し、前記換算係数及び前記燃料出力に基づいて、前記制御棒寿命の監視指標として、制御棒の中性子吸収量、制御棒内のB10の中性子吸収量及び制御棒平均B10消耗率のうちのいずれか1つ求める監視指標解析装置とを備えることを特徴とする原子炉炉心性能計算装置。 A three-dimensional core nuclear thermal hydraulic analysis device for determining the fuel output, void ratio, and burnup of the fuel assembly adjacent to the control rod for obtaining the monitoring index, and the fuel type, the void ratio, and the burnup as parameters. a conversion factor storage device for storing the fitting coefficients of the conversion factor to the monitoring indicator of the control rod lifetime a conversion factor from the fuel output, the fitting coefficients to be stored in the conversion factor storage device, and the three-dimensional A conversion coefficient is calculated using the fuel output, the void ratio, and the burnup of the fuel assembly input from the core nuclear thermal hydraulic characteristic analysis device , and the control rod is calculated based on the conversion coefficient and the fuel output. as a monitoring indicator of life, the neutron absorption of the control rod, monitoring indicator analysis for determining any one of a neutron absorption and control rod average B10 wear rate of B10 in the control rod Reactor core performance calculation apparatus characterized by comprising a location.
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